嘉绍大桥结构安全监测系统研究★

徐文城 岳 川 金 耀

(1.中交公路规划设计院有限公司，北京 100088； 2.浙江嘉绍跨江大桥投资发展有限公司，浙江 绍兴 312000)

嘉绍大桥结构安全监测系统研究★

徐文城1岳 川2金 耀1

(1.中交公路规划设计院有限公司，北京 100088； 2.浙江嘉绍跨江大桥投资发展有限公司，浙江 绍兴 312000)

针对嘉绍大桥运营环境和特殊的结构形式，研发了结构安全监测系统，从而实现了桥梁环境参数及结构响应的整体实时监测，桥梁结构主要动静力指标的有效识别和安全评估。

桥梁，安全评估，响应监测，传感器

0 引言

嘉绍大桥是跨越钱塘江连接嘉兴和绍兴两地的一座特大型桥梁，其处于杭州湾经济带的中部，总长10.137 km。嘉绍大桥主桥采用主跨428 m的六塔四索面分幅钢箱梁斜拉桥，跨中设置刚性铰。具体桥跨布置为70+200+5×428+200+70=2 680 m。嘉绍大桥主航道桥结构受力复杂，构造新颖，运营期管养难度大。因此，为了满足特大型桥梁的管养需求，实时掌控大桥的营运状况和内力状态，有必要采用现代化、智能化、信息化手段进行大桥运营期的安全监管。

嘉绍大桥结构安全监测系统是利用传感测试技术、计算机信息技术、桥梁计算分析技术、风险管理技术、互联网技术等最新技术研发构建的符合大桥运营环境和结构特殊性的“桥梁感知系统”[1，2]。系统实现了桥梁环境参数及结构响应的整体实时监测，桥梁结构主要动静力指标的有效识别和动态安全评估，为大桥的养护管理及安全运营提供了重要的技术支撑，提高了大桥的长期服役能力、延长了使用寿命。

1 嘉绍大桥结构安全监测系统设计

1.1 总体设计

总体来说，嘉绍大桥结构安全监测系统主要包括以下模块：

1)传感器部分。将所要测试的物理信号转换为电信号。

2)数据采集与传输部分。实现电信号的采集并将采集的信号转换为标准信号，从而实现在局域网内的传输。

3)数据处理与控制。将监测信号进行处理，提取特征值，通过此模块可以实现对采集参数的控制，如采集频率等。

4)数据存储模块。对采集的监测数据及相应的特征值数据进行存储。

5)数据显示及预警模块。实现监测数据的显示并接受用户对系统的控制与输入。

嘉绍大桥结构安全监测系统总体架构如图1所示。

1.2 监测点位布置

嘉绍大桥结构安全监测系统分为荷载源、结构静动力响应两大部分监测内容[3]：主要包括测量风参数的风速风向监测，环境温湿度监测及车辆载荷监测；典型截面的应力监测，主梁和索塔的振动监测，索塔偏位监测，主梁线型监测及梁端位移监测。

因此，传感器部分中采用了风速仪、温湿度仪、动态称重系统、应变计、温度计、加速度计、GPS、压力变送器、位移计等。

1.3 系统组网

系统网络共分为三个环网：1)视频数据环网；2)左幅数据环网；3)右幅数据环网。系统网络组成如图2所示。数据传输部分由交换机构成网络节点，光纤为传输介质。光纤链路将外场的采集设备串联组成光纤数据冗余环网，保证了数据的可靠传输[4-6]。

1.4 系统软件

本系统的软件主要包括数据采集软件、数据处理软件、数据存储软件、数据界面软件等。数据采集软件实现按照预先设定的采集标准实现数据的采集，并实现数据上传至数据处理软件，数据处理软件实现数据的畸点剔除、数据的二次处理、特征值的提取。以上原始数据及处理后的数据均将存储在数据储存模块中,数据界面软件实现数据的显示并实现人机交互。

2 系统监测数据的应用

截取一定的时间片段，对嘉绍大桥结构安全监测系统采集的

数据进行实际分析，以确定和验证系统的实际效用,如图3～图5所示。

从以上嘉绍大桥某特殊事件中的典型数据曲线分析可以得出:

1)嘉绍大桥绍兴方向14时～15时车流量明显减少，大桥绍兴方向开始封闭，14时～15时车流量为大桥封闭前的车流量；嘉绍大桥绍兴方向15时～16时车流量较上一小时显著增加，大桥在此时间段内车辆开始放行，解除封闭。

2)较短时间内，桥上的荷载较平时稍微有所增加，很快便恢复到正常水平。

3)索力未见明显增加或减小，表明车辆荷载同正常通行情况下相比无明显增大。

3 结语

针对嘉绍大桥特殊的运营环境特点和结构形式，有针对性地研究了系统的架构、布点、组网及软件，从而设计并实现了嘉绍大桥结构安全监测系统，经过系统运行表明，监测系统运行稳定，满足大桥管养需求。嘉绍大桥结构安全监测系统采集的数据能反映出大桥的实际荷载响应，实现了对桥梁的安全评估。

[1] Ou J. Some Recent Advances of Intelligent Health Monitoring Systems for Civil Infrastructures in Mainland China[A].proceedings of the Proceeding of the 1st International Conference on Structural Health Monitoring and Intelligent Infrastructure[C].Tokyo, Japan,2003.

[2] H Wenzel.Health Monitoring of Bridges [M].New York:John Wiley & Sons,Ltd,2009.

[3] JT/T 1037—2016,公路桥梁结构安全监测系统技术规程[S].

[4] 张启福．应用于桥梁健康监测系统的分布式测控系统的研究[D].成都：西南交通大学硕士论文，2010.

[5] 张启福,吴学杰,柴秀英．基于CAN总线的桥梁健康检测系统的研究[J].现代电子技术,2010(3)：98-100．

[6] 陈红波.大型桥梁健康监测分布式数据采集系统的设计与实现[D].兰州：兰州理工大学硕士论文,2006.

Research of structural safety monitoring system for Jiashao Bridge★

Xu Wencheng1Yue Chuan2Jin Yao1

(1.CCCCHighwayConsultantsCo.,Ltd,Beijing100088,China; (2.ZhejiangJiashaoCross-RiverBridgeInvestmentandDevelopmentCo.,Ltd,Shaoxing312000,China)

In view of the operating environment and the special structure of Jiashao Bridge, research and development structural safety monitoring system. And the environmental parameters and structural response of bridge is monitored real-timely. The main dynamic and static indexes of bridge structure is identified effectively and assessed safely.

bridge, safety evaluation, response monitoring, sensor

1009-6825(2017)20-0166-02

2017-04-19★：国际科技合作专项目(No.2015DFG82080)

徐文城(1987- )，男，硕士，工程师

U445.7

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